[科普中国]-喷雾冷冻

单粒子喷雾冷冻性能特点

单粒子喷雾冷冻干燥机组：价格低、干燥快、性能稳定。

目的冷冻干燥是将被冷冻的原料在高真空下直接气化驱除水分。通常需要的干燥时间长，去除水分的效率低，耗能大，设备昂贵，工艺成本高。因此改进原有冻干设备和工艺，提高干燥效率，降低生产成本是冷冻干燥技术发展的主要趋势之一。

原理急速冷冻：利用自主研发的射流器，将原料液雾化成雾滴，与-70℃的气体逆流混合瞬间接触，实现单独粒子的急速冻结；

通气干燥：被冷冻成单独粒子的物料，在-20℃气体的作用下形成流化状态进行一级干燥，达到要求的粒子进入二级实现气流干燥，将冷冻和现代多种干燥方式融合为一体；

喷雾冷冻干燥对颗粒产品形态的影响雾化过程对颗粒形态的影响影响雾化结果的因素有很多，如物料的类型、辅助材料的添加、喷嘴类型等。Costantino 等比较了不同雾化条件对颗粒尺寸及稳定性的影响。本节只讨论雾化器的影响。雾化器是得到初始液滴的关键部件，目前应用的形式多种多样，新式的喷嘴能够优化液滴进而颗粒的分布。对于喷雾冷冻最好的雾化器是能够生成单一分散性颗粒的雾化器。这种产生规则粒径分布的雾化器一般是在外力的作用下实现的，常用的外力有剪切力、静电排斥力以及对液体加压等。Niwa 等利用藤崎电机株式会社（Fujisaki Electric）开发的四流体喷嘴来制备SFD 多孔微颗粒，是二流体喷嘴制得颗粒比表面积的3～4 倍，可以实现不同组分原料的预混1。

冻结过程对颗粒形态的影响冻结过程就是雾化液滴中水分在低温环境中迅速冻结形成冰晶，冰晶的形态决定着最终颗粒的形态。根据冻结速度，冻结过程可以分为快速冻结和慢速冻结两种。快速冻结冰晶没有足够的时间长大呈现蜂窝状结构，最终颗粒的形态多是带有空洞连续结构，形成的冰晶对分子的破坏小而且颗粒的微结构均匀，但干燥过程的升华速率小。而慢速冻结冰晶有充分的时间长大呈现树枝状，而颗粒的最终形态多为片状，形成的冰晶粗大，对分子膜的破坏大，颗粒的微结构不均匀且比表面积大，但其干燥过程的升华速率大。耿县如等2研究了单个液滴的冻结过程，用数值模拟的方法研究了液滴大小、气流速度和环境温度对冻结过程的影响，结果表明液滴越大，冻结所需的形核时间和完全固化时间越长，冻结过程随气体流速的增大和环境温度的降低而缩短。

冻结过程对颗粒形态的影响主要目的就是要提高产品的性能，例如，减少蛋白质物料的活性损失、提高难溶药物的溶解性、优化吸入性颗粒的粒径分布、增强脂质体作为载体的稳定性、强化疫苗活性及均化无机材料的性能等。目前最常用的冻结方式是：①在液氮中（−196 ℃）直接冻结；②直接在低温环境中冻结（−60～−80 ℃）；③先在低温环境中冻结（−45 ℃左右）或者液氮中冻结，接着在低温环境中（−20 ℃左右）保持几个小时；④在过冷板面上（